N/AlN復(fù)合勢(shì)壘層氮化鎵基異質(zhì)結(jié)高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種InxAlhNAlN復(fù)合勢(shì)皇層氮化鎵基異質(zhì)結(jié)高電子迀移率晶體管結(jié)構(gòu)，該晶體管使用InxAlhN/AlN復(fù)合勢(shì)皇層，高迀移率層作為溝道，并采用鋁鎵氮作為高阻層，可以顯著提高二維電子氣的濃度和對(duì)二維電子氣的限制能力，提高器件工作的綜合性能。
【背景技術(shù)】
[0002]氮化鎵作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表，具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、電子飽和和漂移速度尚、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定及抗福射性強(qiáng)尚等特點(diǎn)，特別適合制備具備尚溫、尚頻、大功率和抗輻照特性的晶體管，在雷達(dá)、衛(wèi)星通信、航空航天、石油勘探、汽車電子、自動(dòng)化控制等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]氮化鎵基異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工作原理:由于組成異質(zhì)結(jié)的兩種材料禁帶寬度不同，在異質(zhì)結(jié)界面處形成了勢(shì)阱和勢(shì)皇，由于極化效應(yīng)或調(diào)制摻雜產(chǎn)生的自由電子，積累在非摻雜的氮化鎵層靠近界面的三角形勢(shì)阱中，形成二維電子氣，由于使勢(shì)阱中的這些電子與勢(shì)皇中的電離雜質(zhì)空間分離，大大降低了庫(kù)侖散射，從而顯著提高了材料的迀移率。研制成器件后，通過(guò)柵電極可控制異質(zhì)結(jié)界面處的二維電子氣濃度，在一定的直流偏壓下，可對(duì)高頻微波信號(hào)進(jìn)行放大。
[0004]二維電子氣濃度是表征異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量的重要參數(shù)，提高溝道中二維電子氣濃度是提高氮化鎵基異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出電流密度和功率密度的重要措施。為了提高氮化鎵基高電子迀移率晶體管結(jié)構(gòu)材料的二維電子氣濃度，通常采取兩種方法:I)米用晶格匹配的 InAlN/GaN HEMT (High Electron Mobility Transistor，高電子迀移率晶體管)結(jié)構(gòu)，可以在一定程度上提高溝道中的二維電子氣面密度，但由于勢(shì)皇層中鋁組分含量的限制，在提高二維電子氣濃度方面并不是特別理想。2)利用高鋁組分勢(shì)皇層AlN/GaN HEMT結(jié)構(gòu)，也可以提高二維電子氣面密度。但是，氮化鋁和氮化鎵之間大的晶格失配限制了勢(shì)皇層厚度，難以產(chǎn)生強(qiáng)的二維電子氣。同時(shí)，當(dāng)器件工作頻率上升到毫米波波段，器件柵長(zhǎng)縮短到微納尺度時(shí)，就會(huì)引起短溝道效應(yīng)，降低器件性能。通過(guò)減薄勢(shì)皇層厚度和提高電子的限制能力可抑制短溝道效應(yīng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種InxAlhN/AlN復(fù)合勢(shì)皇層氮化鎵基高電子迀移率晶體管結(jié)構(gòu)，通過(guò)引入高鋁組分的InxAlhN/AlN復(fù)合勢(shì)皇層，即使在復(fù)合勢(shì)皇層較薄時(shí)，仍具有更高的二維電子氣面密度，約為相同條件下傳統(tǒng)銦鋁氮/氮化鎵高電子迀移率晶體管結(jié)構(gòu)的1.5-2倍。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的本實(shí)用新型一種InxAlhNAlN復(fù)合勢(shì)皇層氮化鎵基異質(zhì)結(jié)高電子迀移率晶體管結(jié)構(gòu)，包括:
[0007]—襯底；
[0008]一成核層，該成核層制作在襯底上，該成核層的厚度為0.01-0.60Mm ；
[0009]一高阻層，該高阻層制作在成核層上面；
[0010]一高迀移率層，該高迀移率層制作在高阻層上面；
[0011]一 InxAlhNAlN復(fù)合勢(shì)皇層，該復(fù)合勢(shì)皇層制作在高迀移率層上面；
[0012]一氮化鎵帽層，該氮化鎵帽層制作在InxAlhNAlN復(fù)合勢(shì)皇層上面，厚度為l_5nm0
[0013]進(jìn)一步，所述InxAlhNAlN復(fù)合勢(shì)皇層的材料為AlN皇層和InxAlpxN阱層交替生長(zhǎng)，其中0.13<x<0.23，單層氮化鋁厚度為0.5-5 nm，單層銦鋁氮厚度為2-14.5 nm，復(fù)合勢(shì)皇層總厚度為5-30 nm，復(fù)合勢(shì)皇層周期數(shù)為2-10。
[0014]進(jìn)一步，所述高迀移率層的材料為氮化鎵，厚度為0.005-0.5 ym0
[0015]進(jìn)一步，所述高阻層的材料為AlyGai_yN，其中O ( y〈0.10，厚度為0.2-2.5Mm。
[0016]進(jìn)一步，所述襯底為藍(lán)寶石、硅、碳化硅、氮化鎵或氮化鋁。
[0017]實(shí)用新型的InxAlhN/AlN復(fù)合勢(shì)皇層氮化鎵基異質(zhì)結(jié)高電子迀移率晶體管結(jié)構(gòu)，能夠在提高工作頻率的同時(shí)，具有更高的輸出電流和更大的輸出功率密度，提高器件的輸出特性，降低微波系統(tǒng)的體積和重量；減小鋁氮?jiǎng)莼蕦討?yīng)力、晶格缺陷并改進(jìn)表面形貌的方法；通過(guò)引入低鋁組分的鋁鎵氮高阻緩沖層，形成限制溝道電子的背勢(shì)皇，提高二維電子氣的限制能力，降低器件的緩沖層漏電，提高擊穿電壓和柵調(diào)控能力，抑制器件的短溝道效應(yīng)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為實(shí)用新型的InxAlhNAlN復(fù)合勢(shì)皇層氮化鎵基異質(zhì)結(jié)高電子迀移率晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的能帶結(jié)構(gòu)和電子密度分布圖；
[0020]圖3為傳統(tǒng)銦鋁氮/氮化鎵HEMT的能帶結(jié)構(gòu)和電子密度分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面，參考附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更全面的說(shuō)明，附圖中示出了本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例。然而，本實(shí)用新型可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例，從而使本實(shí)用新型全面和完整，并將本實(shí)用新型的范圍完全地傳達(dá)給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。
[0022]為了易于說(shuō)明，在這里可以使用諸如“上”、“下” “左” “右”等空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，用于說(shuō)明圖中示出的一個(gè)元件或特征相對(duì)于另一個(gè)元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術(shù)語(yǔ)意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性術(shù)語(yǔ)“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或位于其他方位)，這里所用的空間相對(duì)說(shuō)明可相應(yīng)地解釋。
[0023]如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種InxAlhNAlN復(fù)合勢(shì)皇層氮化鎵基高電子迀移率晶體管結(jié)構(gòu)，其中包括:一襯底10，該襯底是藍(lán)寶石或硅或碳化硅或氮化鎵或氮化鋁，但不限于這些襯底；一成核層20，該成核層20是氮化鎵或氮化鋁，制作在襯底10的上面，厚度